一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质及其制备方法和应用，属于固体电解质领域。是将Li2S、GeS2、LaO3、P2S5在氩气气氛下研磨混合，再使用球磨机球磨，得到混合粉末；将得到的混合粉末在惰性气体氛围中密封煅烧，得到组成为化学通式为：Li

【技术实现步骤摘要】
一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于固体电解质领域，具体涉及一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池目前已经占据了我国的电动汽车市场，也正在大规模应用于电网储能市场，电池技术是解决目前能源问题的关键技术之一。在电动汽车中，能量密度是动力电池性能的第一指标，而储能电池则更看重成本与安全性。随着电动车销量的增长，电解质泄露、自燃爆炸等安全事故发生的频次也明显增加，储能电站同样也发生了多起安全事故。安全性问题已经成为了阻碍锂离子电池进一步应用和发展的关键性问题。安全性问题产生的主要原因是锂离子电池中使用了易燃的有机电解液，其在电池发生短路热失控时参与燃烧释放大量的热量。全固态二次电池借助固态电解质进行离子传导，其相比传统的液态电池不易燃、不挥发，电池的安全性得到大幅提高，因此得到了学术界和产业界的广泛关注，被认为最有潜力的下一代锂离子电池技术之一。
[0003]固态电解质是全固态二次电池的核心材料。目前大部分的固态电解质都有离子电导率不够高、电化学窗口不够稳定以及各种界面问题，这些问题使目前的全固态二次电池的综合性能还无法满足应用的需求，也没有可以推出的市场化产品。在目前所报道的固态电解质中，硫化物电解质因为其最高的离子电导率和良好的机械性能而备受关注。但Li2S、P2S5等锂硫体系的缺点是易水解、氧化而导致其化学稳定性差，长期稳定性和循环性都难以保证，从而制约锂硫固体电解质的应用。虽然Li
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GeP2S
>12
(LGPS)的锂离子电导率可以达到商业化液态电解质水平，但其成本较高，其在硫化物固态电解质中的应用还有待研究。
[0004]因此，本领域的技术人员有必要探索一种离子电导率高，化学稳定性好的固体电解质材料。本专利技术通过用La取代Ge以降低电解质的成本、提高锂离子电导率和锂金属稳定性三大障碍。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于：提供一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质，并将其应用在全固态二次电池中，从而提高锂离子电导率，降低电解质成本，并提高锂金属稳定性。
[0006]本专利技术所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
[0007]一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质，化学通式为：Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
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，其中9.5<x<10,0<y<1,优选的，9.8<x<10,0<y<0.1,更进一步的，x＝9.9,y＝0.05。
[0008]上述镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、在惰性气氛下,按照通式Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
,称取化学计量比的Li2S、GeS2、LaO3、P2S5，经研磨混合、球磨，得混合粉末，加热煅烧进行固热反应；
[0010]步骤2、在惰性气氛下,加热煅烧后自然冷却至室温，得到组成为Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
的
镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质。
[0011]优选地，在加热煅烧前，混合粉末在惰性气氛下，经压片，抽真空、封装。
[0012]优选地，在步骤1中，加热煅烧的温度为500
‑
650℃，固热反应时间为5
‑
48h。
[0013]优选地，在步骤1或2中，惰性气氛为氩气气氛。
[0014]氩气的水含量为0.01
‑
15ppm,氧含量为0.01
‑
10ppm,进一步的，所述氩气的水含量为0.01ppm，氧含量为0.01ppm。
[0015]优选地，在步骤1中，采用球磨机进行球磨，转速为300
‑
500rpm，球磨时间为5
‑
30h。
[0016]优选地，压片的厚度为1
‑
15mm。
[0017]上述的镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质在制备全固态二次电池方面的应用。
[0018]一种全固态二次电池，含有上述镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质。还包括正极活性物质和锂金属负极。
[0019]所述正极活性物质包括钴酸锂、锰酸锂、镍锰二元、镍钴锰三元、磷酸铁锂、镍钴铝酸锂、富锂锰基正极材料中的至少一种，优选的，正极活性材料为钴酸锂；
[0020]锂金属负极包括纯锂箔、铜锂复合带和镁锂合金中的至少一种，优选的，锂金属负极为镁锂合金。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术中镧掺杂的锂锗磷硫固体电解质材料具有很好的化学稳定性；
[0023](2)本专利技术中镧掺杂的锂锗磷硫固体电解质具有良好的离子电导率，降低了锂离子迁移活化势垒，有效解决了硫化物固态电解质较低的离子电导率；
[0024](3)Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
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在全固态二次电池应用中提升了对锂金属的界面稳定性，表现出良好的循环性能，有效解决了Li
10
GeP2S
12
对锂金属稳定性较差的问题；
[0025](4)Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
制备工艺简单，可重复性强，适合大规模生产，可作为一种理想的固态电解质材料应用于全固态二次电池中。
[0026](5)Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
具备良好的机械性能，进一步进行辊压、制粉等机械操作，能够提高其在全固态二次电池组装过程中的适应性。
附图说明
[0027]图1为实施例1与对比例1制得的固态电解质的EIS阻抗图对比图；
[0028]图2为实施例2制得的固态电解质的EIS阻抗图；
[0029]图3为实施例1制得的固态电解质的XRD图谱。
具体实施方式
[0030]为了对本专利技术的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。
[0031]实施例1
[0032]一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质制备方法，包括如下步骤：
[0033]步骤1、将Li2S、GeS2、LaO3、P2S5按照4.95:0.95:0.05:1的摩尔比在氩气气氛下研磨混合，得到混合粉末。
[0034]步骤2、将混合粉末在氩气气氛下密封在球磨罐中；使用球磨机球磨混合粉末；球
磨机的转速为550rpm，球磨时间为17小时；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质，其特征在于：化学通式为：Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
，其中9.5<x<10,0<y<1。2.权利要求1所述的一种镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、按照通式：Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
，其中9.5<x<10,0<y<1，在惰性气氛下,称取化学计量比的Li2S、GeS2、LaO3、P2S5，经研磨混合、球磨，得混合粉末，加热煅烧进行固热反应；步骤2、在惰性气氛下,加热煅烧后自然冷却至室温，得到组成为Li
x
Ge1‑
y
La
y
P2S
12
，其中9.5<x<10,0<y<1的镧掺杂的锂锗磷硫固态电解质。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍英蕾，张润泽，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：